JP6119716B2 - プレス成形方法及びプレス成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、金属板のプレス成形方法に関し、特に、ブランク材の天板部を板押えで押さえてプレス成形するプレス成形方法及びプレス成形用金型に関するものである。

従来より、金属板のプレス成形時には金型の一方に被加工材である金属板の移動を抑えるための板押えが用いられている（例えば特許文献１〜４）。従来のプレス成形方法では、ブランク材の天板部分の全面を板押えで押えることが多い。しかし、伸びフランジ成形又は縮みフランジ成形においては、金属板の変形が板押えによって制限されてしまうため、引張変形又は圧縮変形が集中するフランジ部では成形後に割れやシワが発生するという問題がある。

そこで、発明者は特許文献５及び６に示すプレス成形方法を開発した。該プレス成形方法では、図２５及び図２６（ａ）に示すように、金型７１の板押え７７の端部を凹状外周縁部のＲ止まりに相当する部位から所定の距離を離して、ブランク材９をダイ７３の天板に載置する。次いで、パンチ７５を下動して縦壁部を成形する縦壁成形工程（図２６（ｂ）参照）において、ブランク材９の板押え７７で押さえていない部位がダイ７３の天板面から浮き上がるような変形が生じる。その結果、ブランク材９の縦壁部の屈曲部７ａにおける圧縮変形又は引張変形が緩和され、フランジ部での割れやシワの発生が抑制される。

特開２０１２−２４５５３６ 特開２０１２−５１００５ 特開２０１１−２１８３８８ 特開２００４−１５４７８６ 特願２０１３−２４３５２５ 特願２０１３−２４３５２７

しかし、図２７中のＧに示す箇所において、ブランク材９の表面に急峻な折れ曲がりが発生する場合があることが分かった。ブランク材の天板部の外周縁部のＲ止まりから所定の距離Ｌを離して板押えを配置してプレス成形を行う際、板押えの端部形状におけるブランク材に接する面と縦壁部が直交交差する「ピン角」の板押えを用いた場合、ブランク材の浮き上がるような変形に伴って該端部付近でブランク材の表面に塑性変形が生じる（図２６（ｂ））。この塑性変形は図２６（ｃ）に示す天板部を平坦に成形する天板部成形工程においても解消されない。

このような問題はプレス成形品の形状精度あるいは外観の点から好ましいものではなく、凸状屈曲部を有する縮みフランジ成形及びドロー成形においても生じる可能性がある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、板押えの端部形状におけるブランク材表面の折れ曲がりを低減可能なプレス成形方法及びプレス成形用金型を提供することを目的とする。

（１）本発明に係るプレス成形方法は、天板部と、該天板部における外周縁部に沿って成形された縦壁部とを有する成形品をプレス成形するプレス成形方法であって、ブランク材における前記天板部に相当する部位の一部を板押えによって押える板押え工程と、前記縦壁部を成形する縦壁成形工程を備えており、前記板押え工程は、前記天板部の前記外周縁部のＲ止まりから所定の距離を離して板押えを行い、かつ前記板押えの先端部が、水平面の先端から延び出す延出部を有し、該延出部の全部が、下式で示される前記水平面の先端からの垂線上に中心を持ち前記水平面に内接して形成される曲率半径rの仮想の円弧状曲面の内側にあり、かつ前記延出部の一部又は全部が前記円弧状曲面に内接する部位を有する形状であることを特徴とするものである。
r₀＜r≦15*r₀
r₀：ピン角の板押えを用いて天板部を押えることにより発生するブランク材の円弧状曲面の曲率半径

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記延出部の形状が、円弧状曲面であることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記延出部の形状が、曲率の異なる曲面の組み合わせで構成されていることを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記延出部の形状が、傾斜の異なる平面の組み合わせで構成され、平面同士の境界の一部又は全部が前記仮想の円弧状曲面に内接することを特徴とするものである。

（５）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記延出部の形状が段形状であり、段の一部又は全部の角が前記仮想の円弧状曲面に内接することを特徴とするものである。

（６）本発明に係るプレス成形用金型は、天板部と、該天板部における外周縁部に沿って成形された縦壁部とを有する成形品をプレス成形する際に用いるプレス成形用金型であって、該プレス成形用金型はブランク材における天板部に相当する部位の一部を押える板押えを備えており、該板押えはその先端部が、水平面の先端から延び出す延出部を有し、該延出部の全部が下式で示される前記水平面の先端からの垂線上に中心を持ち前記水平面に内接して形成される曲率半径rの仮想の円弧状曲面の内側にあり、かつ前記延出部の一部又は全部が前記円弧状曲面に内接する部位を有する形状であることを特徴とするものである。
r₀＜r≦15*r₀
r₀：ピン角の板押えを用いて天板部を押えることにより発生するブランク材の円弧状曲面の曲率半径

（７）また、上記（６）に記載のものにおいて、前記延出部の形状が、円弧状曲面であることを特徴とするものである。

（８）また、上記（６）に記載のものにおいて、前記延出部の形状が、曲率の異なる曲面の組み合わせで構成されていることを特徴とするものである。

（９）また、上記（６）に記載のものにおいて、前記延出部の形状が、傾斜の異なる平面の組み合わせで構成され、平面同士の境界の一部又は全部が前記仮想の円弧状曲面に内接することを特徴とするものである。

（１０）また、上記（６）に記載のものにおいて、前記延出部の形状が段形状であり、段の一部又は全部の角が前記仮想の円弧状曲面に内接することを特徴とするものである。

本発明に係るプレス成形方法及びプレス成形用金型によれば、板押え工程においては、天板部の外周縁部のＲ止まりから所定の距離を離して板押えを行い、かつ前記板押えの先端部は水平面の先端から延び出す延出部を有し、該延出部の全部が下式で示される前記水平面の先端からの垂線上に中心を持ち前記水平面に内接して形成される曲率半径rの仮想の円弧状曲面の内側にあり、かつ前記延出部の一部又は全部が前記円弧状曲面に内接する部位を有する形状とすることにより、板押えの端部におけるブランク材の折れ曲がりを抑制することができる。
r₀＜r≦15*r₀
r₀：ピン角の板押えを用いて天板部を押えることにより発生するブランク材の円弧状曲面の曲率半径

また、本発明に用いる金属板や金型構造は一般のプレス成形とほぼ同一のため、本発明のプレス成形方法及びプレス成形用金型を用いることで製造コストが増加する懸念もない。

本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法に用いられるプレス成形金型及び板押え端部の要部の説明図である。 本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法の説明図である。 本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法によって成形されるプレス成形品の説明図である。 本実施の形態１におけるプレス成形方法の板押え端部の曲率半径と相当塑性ひずみ最大値との関係を示すグラフである。（板厚1.2mm、材質590MPa級） 本実施の形態１におけるプレス成形方法の縦壁成形工程における板押え端部近傍に発生するブランク材曲がりの曲率半径の定義を示す説明図である。 本実施の形態１におけるプレス成形方法の板押え端部の曲率半径と相当塑性ひずみ最大値との関係に対する板厚の影響を示すグラフである。（板厚0.6mm及び1.8mm） 本発明の実施の形態１におけるプレス成形方法の板押え端部の曲率半径と相当塑性ひずみ最大値との関係に対する材質の影響を示すグラフである。（材質270MPa級及び980MPa級） 板押え端部の好ましい形状の例を示す図である（その１）。 板押え端部の好ましい形状の例を示す図である（その２）。 本発明の実施の形態２に係るプレス成形方法によって成形されるプレス成形品の説明図である。 本発明の実施の形態２に係るプレス成形方法に用いられるプレス成形金型の説明図である。 本発明の実施の形態２のプレス成形方法におけるブランク材の塑性変形の発生を示す解析結果である。 本発明の実施の形態２におけるプレス成形方法の板押え端部の曲率半径と相当塑性ひずみ最大値の関係を示すグラフである。（板厚1.2mm、材質590MPa級） 本発明の実施の形態３におけるプレス成形方法によって形成されるプレス成形品形状の説明図である。 本発明の実施の形態３におけるプレス成形方法の説明図である。 本発明の実施の形態３におけるプレス成形方法に用いられるプレス成形金型及び板押えの要部の説明図である。 本発明の実施形態３におけるプレス成形方法に用いられる板押え形状の説明図である。 本発明の実施形態３のプレス成形方法におけるブランク材の折れ曲がり発生の説明図である。 本発明の実施形態３におけるプレス成形方法の板押え端部の曲率半径と相当塑性ひずみ最大値との関係を示すグラフである。（板厚1.2mm、材質590MPa） 本発明に係るプレス成形方法における板押え端部の曲率半径と相当塑性ひずみ最大値との関係に対する成形モードの影響を示すグラフである。 実施例においてピン角端部の板押えを用いて得られた成形品形状のシミュレーション結果の図である。 実施例において円弧状曲面を有する板押えを用いて得られた成形品形状のシミュレーション結果の図である。 実施例においてピン角端部の板押えを用いて得られた成形品の実験結果の写真である。 実施例において円弧状曲面を有する板押えを用いて得られた成形品の実験結果の写真である。 本発明に至った経緯を説明するプレス成形方法に用いるプレス成形金型を示す説明図である。 本発明に至った経緯を説明するプレス成形方法の説明図である。 本発明に至った経緯を説明する板押え端部におけるブランク材の折れ曲がりを示す説明図である。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法は、図３に示す外周縁の一部が内方に凹んだ凹状外周縁部３を有する天板部５と、天板部５における凹状外周縁部３に沿って曲げ成形された縦壁部７を有する成形品１をプレス成形する伸びフランジ成形方法である。該伸びフランジ成形方法は、ブランク材９における天板部５に相当する部位の一部を板押え１７によって押える板押え工程（図２（ａ）参照）と、縦壁部７を成形する縦壁成形工程（図２（ｂ）参照）と、天板部５を平坦に成形する天板部成形工程（図２（ｃ）参照）を備えている。以下、本発明の実施の形態１に係るプレス成形方法について図１〜図８に基づいて詳細に説明する。

＜成形品＞
本実施の形態１におけるプレス成形の目標形状となる成形品１は、図３に示すように、外周縁の一部が内方に凹んだ凹状外周縁部３を有する天板部５と、天板部５における凹状外周縁部３に沿って曲げ成形された縦壁部７を有するものである。このような形状の成形品１は、縦壁部７が伸びフランジ変形となり、縦壁部７の屈曲部７ａに伸び変形が集中し、当該部位に割れが発生しやすい。

＜プレス成形金型＞
本発明に係るプレス成形に用いる金型１１は、図１に例を示すように、下金型となるダイ１３と、パンチ１５と、ブランク材９を押える板押え１７を備えている。

板押え１７の先端部は図１の丸で囲った箇所Ａに円弧状曲面である例を示すとおり、板押え１７の水平面からの延出部を有する。板押え１７によるブランク材９をダイ１３に押圧する押圧力は、パンチ１５の移動による成形においても天板部５の板押えをしている部位に変形が生じないような十分強い圧力であることが望ましい。

＜プレス成形方法＞
次に、上記金型１１を用いたプレス成形方法について、前述した板押え工程、縦壁成形工程及び天板部成形工程を詳細に説明する。

≪板押え工程≫
板押え工程は、図２（ａ）に示すように、ブランク材９をダイ１３の上面に載置して板押え１７で押さえる工程である。

ブランク材９は、縦壁部７に相当する部位をパンチ１５で押し曲げ可能なように載置する。板押え１７は、その板押え端部を天板部５における凹状外周縁部３のＲ止まりに相当する部位から所定の距離だけ離して配置する。こうすることで、次の縦壁成形工程において、ブランク材９の板押えをしていない部位がある程度自由に変形することが可能となり、屈曲部位７ａにおける割れを抑制できる。

また、板押え１７の端部は図２（ｂ）に円弧状曲面の一例を示すとおり、板押え１７の水平面からの延出部を有する。この延出部は、板押え１７の端部の先端から板押え１７とブランク材が接する箇所までの距離を有し、この距離は4mm以上30mm以下が好ましい。端部先端から板押え１７とブランク材９が接する箇所までの距離が4mm未満では、ピン角と同様に板押え１７の端部形状によりブランク材９の表面が折れ曲がり易く問題であり、30mmを超えると、当該箇所のブランク材９が自由変形して天板部成形工程（図２（ｃ）参照）により、天板部５を十分平坦にできない場合がある。
板押え１７の端部の具体的形状及び所定範囲については、詳細を後述する。

≪縦壁成形工程≫
縦壁成形工程は、図２（ａ）の状態から、パンチ１５を移動させて、図２（ｂ）に示すように、曲げ成形を行って凹状外周縁部３と縦壁部７を形成する工程である。この工程では、板押え１７が天板部５における凹状外周縁部３のＲ止まりから所定の距離だけ離して配置してあるため、ブランク材９の板押えをしていない部位が浮き上がるような変形となり、屈曲部位７ａにおける割れが抑制される。また、板押え１７の端部を円弧状曲面としているので、ブランク材９の天板部５に折れ曲がりが生じることが抑制される。

≪天板部成形工程≫
天板部成形工程は、図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）の状態からパンチ１５をさらに移動させて、縦壁成形工程において天板部５の板押えをしていない部位、すなわち、天板部５の凹状外周縁部３のＲ止まりから板押え１７の端部までの部位について成形を行う工程である。

縦壁成形工程において天板部５の板押えしていない部位に発生した浮き上がりは、次の天板部成形工程においてパンチ１５が移動し、パンチ１５の下死点においてダイ１３とパンチ１５に狭圧されることにより平坦に成形される（図２（ｃ）参照）。このとき縦壁部７は圧縮変形を受ける。しかし、その変形は縦壁部７全体に広く分散されるため、シワが発生することはない。このようにして、金型形状と同一形状のプレス成形品を得ることができる。

＜板押え端部の形状とその範囲＞
板押え１７の端部を一例として円弧状曲面とすることにより、天板部５の折れ曲がりが抑制される効果を検証するため、該板押え端部の円弧状曲面の曲率半径を変更してプレス成形解析を実施した。なお、円弧状曲面の曲率中心は板押え１７の水平面の先端からの垂線上とし、円弧状曲面は板押え１７の水平面に内接するようにした。

該プレス成形解析においては、前記端部付近におけるブランク材９の相当塑性ひずみ最大値を求めた。ここで相当塑性ひずみ最大値に着目したのは、天板部５の板押え端部形状の転写や折れ曲がりが塑性変形によるものであり、前記端部付近の塑性ひずみ最大値を低減することができれば、折れ曲がり変形が抑制されるためである。

プレス成形解析は有限要素法を用いたコンピュータ解析により行った。解析プログラムとしてはＬＳＴＣ社製のＬＳ−ＤＹＮＡバージョン９７１の動的陽解法ソルバーを用いた。

図４は、板厚1.2mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板をブランク材９として、伸びフランジ成形した場合における板押え１７の端部の曲率半径r（mm）と、該板押え端部付近の相当塑性ひずみ最大値との関係を示すグラフである。また、表１に伸びフランジ成形における板押え１７の端部の曲率半径と相当塑性ひずみ最大値の結果を示す。

図４より、板押え１７の端部の曲率半径rの増加とともに相当塑性ひずみ最大値は一旦減少し、r=56mmから96mmの範囲において極小値を示し、r=96mm以上に曲率半径を増加すると相当塑性ひずみ最大値が増加する結果となった。この結果より、１）板押え１７の端部を円弧状曲面形状にすることにより、成形過程において該板押え端部付近のブランク材に発生する塑性ひずみ量が減少する、２）前記板押え端部付近に生じる相当塑性ひずみ量を減少させるのに適した曲率半径の範囲（以下、好適範囲と記す）が存在することがわかる。

以下、板押え１７の端部の曲率半径の好適範囲について検討を進める。該板押え端部がピン角の板押えを用いた場合、ブランク材９の天板部５に折れ曲がりが発生する場合が見られたことから、少なくともピン角端部付近のブランク材９の曲がりの曲率半径よりも板押え１７の端部の曲率半径を大きくすることにより、ブランク材９の折れ曲がりを抑制できるのではないかと考えた。そこで、前記板押え端部の曲率半径に対する好適範囲の下限値については、板押え端部が円弧状曲面でないピン角の板押え１８を用いた場合にブランク材９に生じる曲率半径r₀を基準とする（図５参照）。

板厚1.2mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板をピン角端部の板押え１８を用いて伸びフランジ成形を行うプレス成形解析を実施した結果、該板押え端部付近におけるブランク材９の曲率半径はr₀=25mmであった。表１より、板押え端部がピン角の場合においては相当塑性ひずみ最大値が0.065であるのに対し、板押え端部の曲率半径がr₀=25mm以上であるr=32mmの場合では相当塑性ひずみ最大値は0.051となり、ピン角端部の場合に比べて約18%減少した。これより、板押え１７の端部の円弧状曲面の曲率半径をピン角の場合においてブランク材９に生じた曲率半径を超える値とすることにより塑性ひずみ量を低減、すなわち、ブランク材９の折れ曲がりを抑制することが可能となる。

一方、板押え１７の端部の円弧状曲面の曲率半径に関する好適範囲の上限値に関しては、ピン角端部を用いた場合におけるブランク材９の相当塑性ひずみ最大値と板押え端部を円弧状曲面とした時の相当塑性ひずみ最大値との差の最大の値Δε_maxを求め、この差の半分の値をピン角端部を用いた場合の相当塑性ひずみ最大値から差し引いた値以下となるときの曲率半径を目安とする。例えば、表１の板厚1.2mm、590MPa級鋼板の場合、円弧状曲面端部の曲率半径がr=56mm〜96mmの時にピン角端部との相当塑性ひずみ最大値の差Δε_maxが最も大きくなり(Δε_max=0.065-0.042=0.023)、Δε_maxの半分の値は0.0115となる。したがって、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.065からΔε_maxの半分の値を差し引くと、0.065-0.0115=0.0535となり、この値と表１の相当塑性ひずみ最大値とを比較すると、ブランク材９の曲率半径r₀=25mm以上ではr=256mmまで相当塑性ひずみ最大値が前記0.0535以下となる。したがって、この場合においては、r=256mmとr=512mmの中間に曲率半径の上限値があり、ブランク材９の曲率半径r₀の約１５倍とした。
すなわち、
r₀＜r≦15*r₀・・・（１）
とした。

上記の方法により求めた板押え１７の端部に設けた円弧状曲面の曲率半径の好適範囲が、板厚、又は材質の異なる鋼板においてもブランク材９の天板部における折れ曲がりを抑制するのに適しているかどうかについて検討した。表２に板厚及び材質を変更した場合の伸びフランジ成形における板押え１７の端部の曲率半径と相当塑性ひずみ最大値の結果を示す。

図６は、表２のうち板厚が0.6mm及び1.8mm、引張強度が590MPa級の高張力鋼板をブランク材９として用いて伸びフランジ成形した場合における板押え１７の端部の曲率半径rと、該板押え端部付近の相当塑性ひずみ最大値との関係を示すグラフである。

図７は、表２のうち板厚1.2mmのブランク材９において、その材質を270MPa級及び980MPa級の鋼板を用いたときの板押え端部曲率半径と板押え端部付近の相当塑性ひずみ最大値の関係を示すグラフである。

板厚又は鋼板の引張強度の違いにより、相当塑性ひずみ最大値は変化するものの、板押え端部の曲率半径の増加に伴い相当塑性ひずみ最大値は一旦減少し、極小値を示した後に増加する傾向が確認された。そこで、板厚又は引張強度が異なるブランク材９においても、板押え１７の端部における円弧状曲面の曲率半径の好適範囲を検討した。

この好適範囲の下限値を、前述の板厚1.2mm、引張強度590MPa級の鋼板の場合と同様、ピン角端部の板押え１８を用いた時に前記板押え端部付近に生じるブランク材９の変形の最小曲率半径をr₀とすると、板厚又は引張強度の異なる鋼板においても、板押え１７の端部付近の相当塑性ひずみ最大値を低減する効果が得られることが図６及び図７から示される。

一方、好適範囲の上限値に関しても、板厚1.2mm、引張強度590MPa級の鋼板の場合と同様、最小曲率半径の15倍とすると、ピン角端部の板押え１７を用いた場合よりも相当塑性ひずみ最大値が低減していることが図６及び図７より確認される。

例えば、板厚0.6mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板をピン角端部の板押え１８を用いて伸びフランジ成形を行うプレス成形解析を実施した結果、該板押え端部付近におけるブランク材９の曲率半径はr₀=11mmであった。また、表２より、曲率半径16mmで相当塑性ひずみ最大値が0.061と極小値を示し、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.170との差（0.170-0.061=0.109）の半分の値（0.0545）を求めると、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.170との差は（0.170-0.0545=）0.1155となる。この値と表２の相当塑性ひずみ最大値とを比較すると、ブランク材９の曲率半径r₀=11mm以上ではr=128mmまで、相当塑性ひずみ最大値が前記0.1155以下であることがわかる。したがって、r=128mmとr=256mmの中間に曲率半径の上限値があり、ブランク材９の曲率半径r₀=11mmの約15倍となる。

次いで、板厚1.8mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板をピン角端部の板押え１８を用いて伸びフランジ成形を行うプレス成形解析を実施した結果、該板押え端部付近におけるブランク材９の曲率半径はr₀=39mmであった。また、表２より、曲率半径96mmで相当塑性ひずみ最大値が0.040と極小値を示し、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.050との差（0.050-0.040=0.010）の半分の値（0.005）を求めると、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.050との差は（0.050-0.005=）0.045となる。この値と表２の相当塑性ひずみ最大値とを比較すると、ブランク材９の曲率半径r₀=39mm以上ではr=512mmまで、相当塑性ひずみ最大値が前記0.045以下であることがわかる。したがって、r=512mmを超えた曲率半径の上限値があり、ブランク材９の曲率半径r₀=39mmの約15倍としてよい。

さらに、板厚1.2mm、引張強度270MPa級の鋼板をピン角端部の板押え１８を用いて伸びフランジ成形を行うプレス成形解析を実施した結果、該板押え端部付近におけるブランク材９の曲率半径はr₀=28mmであった。また、表２より、曲率半径96mmで相当塑性ひずみ最大値が0.029と極小値を示し、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.052との差（0.052-0.029=0.023）の半分の値（0.0115）を求めると、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.052との差は（0.052-0.0115=）0.0405となる。この値と表２の相当塑性ひずみ最大値とを比較すると、ブランク材９の曲率半径r₀=28mm以上ではr=256mmまで、相当塑性ひずみ最大値が前記0.0405以下であることがわかる。したがって、r=256mmとr=512mmの中間に曲率半径の上限値があり、ブランク材９の曲率半径r₀=28mmの約15倍となる。

次いで、板厚1.2mm、引張強度980MPa級の高張力鋼板をピン角端部の板押え１８を用いて伸びフランジ成形を行うプレス成形解析を実施した結果、該板押え端部付近におけるブランク材９の曲率半径はr₀=20mmであった。また、表２より、曲率半径40mmで相当塑性ひずみ最大値が0.048と極小値を示し、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.075との差（0.075-0.048=0.027）の半分の値（0.0135）を求めると、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.075との差は（0.075-0.0135=）0.0615となる。この値と表２の相当塑性ひずみ最大値とを比較すると、ブランク材９の曲率半径r₀=30mm以上ではr=256mmまで、相当塑性ひずみ最大値が前記0.0615以下であることがわかる。したがって、r=256mmとr=512mmの中間に曲率半径の上限値があり、ブランク材９の曲率半径r₀=20mmの約15倍となる。

以上より、板押え１７の端部を円弧状曲面とする際、ピン角端部の場合にブランク材９に生じる曲率半径を基準として、板押え１７の端部の曲率半径の好適範囲を定められることが示された。しかしながら、上記の方法では板厚又は引張強度の異なる鋼板を伸びフランジ成形する場合には有限要素法を用いたプレス成形解析を行い、該鋼板の前記ブランク材９に生じる曲率半径を知る必要がある。そこで、プレス成形解析を実施せず、鋼板の板厚及び材質から前記ブランク材９に生じる曲率半径を推算し、前記曲率半径の好適範囲を求めるために、図５から図７に示した鋼板条件における鋼板の板厚及び引張強度をパラメータフィッティングし、ブランク材９の曲率半径を推算する下式（２）を導出した。
r_0,cal=(板厚)^1.2*(材料n値)^0.4*42・・・（２）

上式（１）により得られる推算値の妥当性を検証するため、有限要素法による伸びフランジ成形解析で得られた値r₀と比較検討した。その結果を表３に示す。

表３より、式（１）により得られる推算値とプレス成形解析により得られる値とが良く一致し、上式（１）の有効性が実証された。

従って、本発明に係るプレス成形方法を伸びフランジ成形に適用する際には、ブランク材９の板厚および材料ｎ値を用いて式（２）により曲率半径r₀(=r_0,cal)を推算し、この値を基に式（２）に示す板押え１７の端部の円弧状曲面の曲率半径の好適範囲を求める。
r_0,cal＜r≦15*r_0,cal・・・（３）

この好適範囲に含まれる曲率半径の円弧状曲面端部を有する板押え１７を用い、伸びフランジ成形を行うことにより、該板押え端部付近におけるブランク材９の折れ曲がりを抑制することが可能となる。

以上、本発明に係る実施の形態１では、板押え１７の端部を円弧状曲面としているが、本発明により期待される効果の本質は、ピン角端部の板押え１８を用いてプレス成形した際に、該板押え端部付近でブランク材９が塑性変形して折れ曲がることを抑制するものである。すなわち、プレス成形時にブランク材９が浮き上がるような変形をする際、天板面上でブランク材９に接している板押え１７に、ブランク材９の浮き上がるような変形を抑制するような延出部を板押え１７の端部に設けることにより、ブランク材９の折れ曲がりを防止することが可能となる。

そこで、例えば、ブランク材の急峻な折れ曲がりを抑制するためには、図８及び図９に示すように、ブランク材９をダイ１３に配置する際に用いる板押え１７の端部について、曲率の異なる曲面を組み合わせたもの（図８（ａ））、平面を組み合わせて円弧状曲面を模擬したもの（図８（ｂ））、段差形状のもの（図９（ａ）及び（ｂ））とする等、板押え１７の端部を円弧状曲面又は平滑な平面をいくつか組み合わせて構成した形状としても良い。
なお、曲率半径rの円弧状曲面の内側となる延出部は、平面同士の境界又は段の一部又は全部が前記円弧状曲面を仮想として内接する。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係るプレス成形方法は、図１０に示す凸状外周縁部２４を有する天板部２６と、天板部２６における凸状外周縁部２４に沿って曲げ成形された縦壁部２８を有する成形品２２をプレス成形する縮みフランジ成形方法である。このような形状の成形品２２は、縦壁部２８が縮みフランジ変形となり、縦壁部２８の屈曲部２８ａに縮み変形が集中し、当該部位にシワが発生しやすい。

該縮みフランジ成形方法は、図１１に示すダイ２３と、パンチ２５と、ブランク材９を押える板押え２７を備えた金型２１を用いて行うものであり、ブランク材９における天板部２６に相当する部位の一部を板押え２７により押えることによりブランク材９をダイ２３に固定する板押え工程と、パンチ２５を移動させることにより縦壁部２８を形成する縦壁成形工程（図１２（ａ））、パンチ２５をさらに移動させることにより天板部２６を平坦に成形する天板部成形工程（図１２（ｂ））を備えている。

実施の形態１に示した伸びフランジ成形方法と同様、該縮みフランジ成形方法においても、縦壁成形工程において板押え２７の端部付近にてブランク材の塑性変形による折れ曲がりが生じ（図１２（ａ）、（ｂ））、該折れ曲がりが生じた箇所は天板部成形工程を経ても解消されず残ってしまう。

そこで、実施の形態１と同様、板押え端部を板押え水平面からの延出部の一例となる円弧状曲面とした板押え２７を用いてプレス成形することにより（図１１参照）、板押え２７の端部付近における折れ曲がりを抑制する方法について精査した。具体的には、板押え２７の端部に様々な曲率半径を与えた場合のプレス成形解析を実施し、該板押え端部近傍におけるブランク材９の相当塑性ひずみ最大値を求めた。

プレス成形解析は、実施の形態１と同様、有限要素法を用いたコンピュータ解析により行った。解析プログラムとしてはＬＳＴＣ社製のＬＳ−ＤＹＮＡバージョン９７１の動的陽解法ソルバーを用いた。

図１３は、ブランク材９の板厚が1.2mm、引張強度が590MPa級の高張力鋼板を縮みフランジ成形した場合における板押え２７の端部の曲率半径r（mm）と、板押え２７の端部付近の相当塑性ひずみ最大値との関係を示すグラフである。また、表４に縮みフランジ成形における前記板押え端部の曲率半径と相当塑性ひずみ最大値の関係を示す。

板押え２７の端部の曲率半径の増加とともに相当塑性ひずみ最大値は一旦減少し、曲率半径r=40mmにおいて極小値を示し、曲率半径r=48mm以上に増加すると相当塑性ひずみは増加している。この結果は、実施の形態１に示した伸びフランジ成形の場合と同様、１）板押え２７の端部を円弧状曲面形状にすることにより、成形過程において該板押え端部付近のブランク材９に発生する塑性ひずみ量を減少することが可能であること、２）前記板押え端部の付近にてブランク材９に生じる相当塑性ひずみ量を減少させるのに好適な曲率半径の範囲が存在することを表している。

板押え２７の端部の曲率半径の好適範囲に関して、実施の形態１と同様に、該板押え端部がピン角の場合の前記板押え端部におけるブランク材９の曲率半径r₀を基準として決定する方法について検討した。

好適範囲の下限値に関しては、ピン角端部の板押え２７を用いた場合にブランク材９の曲がり変形の曲率半径r₀とした。板厚1.2mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板をピン角端部の板押え２７を用いて縮みフランジ成形した場合の該板押え端部の付近におけるブランク材９の曲率半径はr₀=23mmであった。表４より、前記板押え端部がピン角の場合には相当塑性ひずみの最大値が0.094であるのに対し、前記板押え端部の曲率半径がr₀=23mm以上であるr=32mmの場合には0.065となり、約31%減少した。これより、前記板押え端部を円弧状曲面とし、その曲率半径をピン角端部を用いた場合にブランク材９に生じる曲率半径より大きくすることにより、相当塑性ひずみ量を十分に抑制する効果があることが分かる。

板押え２７の端部の円弧状曲面の曲率半径に対する好適範囲の上限値に関して、本発明においては、ピン角端部を用いた場合におけるブランク材９の相当塑性ひずみ最大値と板押え端部を円弧状曲面としたときの相当塑性ひずみ最大値との差の最大の値Δε_maxを求め、この差が半分以下となる場合の曲率半径を目安とした。

表４より、曲率半径40mmで相当塑性ひずみ最大値が0.056と極小値を示し、ピン角の相当塑性歪み最大値0.094との差（0.094-0.056=0.038）の半分の値（0.019）を求め、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.094との差は（0.094-0.019=）0.075となる。この値と表４の相当塑性ひずみ最大値とを比較すると、ブランク材９の曲率半径r₀=23mm以上ではr=256mmまで、相当塑性ひずみ最大値が前記0.075以下であることがわかる。したがって、r=256mmとr=512mmの中間に曲率半径の上限値があり、ブランク材９の曲率半径r₀=23mmの約15倍となる。
以上より、縮みフランジ成形においても、上式（１）により前記端部の曲率半径の好適範囲を推定することが可能であることが示された。

次に、表５に、式（２）により推算される曲率半径r_0,calと有限要素法を用いたコンピュータ解析により得られたピン角端部におけるブランク材９の変形の曲率半径r₀を示す。

表５より、両者は良く一致していることが確認された。従って、縮みフランジ成形の場合においても、式（２）によりピン角端部の板押え２７を用いた時のブランク材９の天板部のピン角端部付近に生じる変形の曲率半径を良好に推算できることが示された。

以上より、本発明に係る縮みフランジ成形方法を実施する際には、ブランク材９の板厚および材料ｎ値を用いて式（２）によりブランク材９に生じる曲率半径r_0,calを推算し、この値を基準として板押え２７の端部の円弧状曲面の曲率半径の好適範囲を上式（３）より求め、この好適範囲に含まれる曲率半径の円弧状曲面端部を有する板押え２７を用いて縮みフランジ成形を行うことにより、ブランク材９の折れ曲がりが抑制されたプレス成形品を成形することが可能となる。

［実施の形態３］
本発明の実施の形態３に係るプレス成形方法は、図１４に示すＬ字型の成形品３１をプレス成形するドロー成形方法である。

該ドロー成形方法は、図１５に示す上金型となるダイ４３と、パンチ４５と、ブランク材９を押える板押え４８と、板押え４８を押圧するガスシリンダー４９と、ブランク材９をダイ４３に固定するブランクホルダー５１を備えた金型４１を用いて行うものであり、ブランク材９の天板部に相当するブランク材９の部位の一部をガスシリンダー４９により押えてブランク材９をダイ４３に固定する板押え工程と、ダイ４３を移動させることにより板押え４８により押圧する板押え工程と、ダイ４３を移動させることにより縦壁部を成形する縦壁成形工程と、ダイ４３をさらに移動させることにより天板部を平坦に成形する天板部成形工程を備えている。

前記実施の形態１及び２に示したフランジ成形方法と同様、板押えを用いたドロー成形方法においても、図１８（ａ）及び（ｂ）のＣに示す箇所のように、縦壁成形工程において板押え４８の端部付近にてブランク材の塑性変形による折れ曲がりが生じる場合がある。

そこで、実施の形態１及び２と同様、図１５にて示すピン角の板押え端部を有する板押え４８（図１７（ａ））の替わりに、図１７（ｂ）に示すような板押え端部を円弧状曲面とした板押え４７を用いてドロー成形することにより、板押え端部付近における折れ曲がりを抑制する方法について精査した。具体的には、図１７（ｂ）中の破線で囲む箇所に示すように、板押え４７の端部を円弧状曲面とし、該円弧状曲面の曲率半径を変更してドロー成形解析を実施し、該端部近傍におけるブランク材の相当塑性ひずみ最大値を求めた。

ドロー成形解析は、実施の形態１及び２と同様、有限要素法を用いたコンピュータ解析により行った。解析プログラムとしてはＬＳＴＣ社製のＬＳ−ＤＹＮＡバージョン９７１の動的陽解法ソルバーを用いた。本実施の形態では、解析対象としたブランク材９は板厚1.2mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板であり、板押え荷重は63kNとした。

板厚1.2mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板をピン角端部の板押え４８を用いてドロー成形した場合の該板押え端部の付近におけるブランク材９の曲率半径はr₀=25mmであった。

図１９は、板厚1.2mm、材質590MPa級の鋼板をブランク材９として前記有限要素法によるドロー成形解析を行って得られた、板押え４７の端部の曲率半径と該端部付近の相当塑性ひずみ最大値の関係を表すグラフである。また、表６にドロー成形における板押え４７の端部の曲率半径と相当塑性ひずみ最大値の関係を示す。

前記板押え端部の曲率半径の増加とともに相当塑性ひずみ最大値は減少し、板厚1.2mm、590MPa級鋼板の場合は曲率半径r=70mmにおいて一旦極小値を示し、曲率半径がさらに増加すると相当塑性ひずみ最大値は増加する。この結果は、実施の形態１及び２に示したフランジ成形の場合と同様、板押え４７の端部を円弧状曲面にすることにより、１）縦壁を成形する工程において前記板押え端部付近に生じる相当塑性ひずみ量を低減することが可能である、２）前記板押え端部付近に生じる相当塑性ひずみ量を低減するのに好適な曲率半径の範囲が存在することを表している。

板押え４７の端部の曲率半径の好適範囲に関して、実施の形態１と同様に、ブランク材９の天板部の前記板押え端部付近での変形の該板押え端部がピン角の場合における曲率半径r₀を基準とする方法について検討した。

曲率半径の好適範囲の下限値に関しては、ピン角端部の板押え４８を用いた場合にブランク材に生じる曲がり変形の曲率半径r_0,calを基準とした。式（２）により与えられる曲率半径r_0,calは、r_0,cal=25mmである。

前記板押え端部の円弧状曲面の曲率範囲の上限値に関しても、前記実施の形態１及び２のフランジ成形と同様、ピン角端部の板押え４８を用いた場合と該板押え端部を円弧状曲面とした場合の相当塑性ひずみ最大値との差の最大の値Δε_maxを求め、この差が半分以下となる場合の曲率半径を目安とした。

板厚1.2mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板の場合、ピン角端部付近におけるブランク材９の曲率半径はr₀=25mmであった。また、表６より、曲率半径70mmで相当塑性ひずみ最大値が0.041と極小値を示し、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.092との差（0.092-0.041=0.051）の半分の値（0.0255）を求めると、ピン角の相当塑性ひずみ最大値0.092との差は（0.092-0.0255=）0.0665となる。この値と表６の相当塑性ひずみ最大値とを比較すると、ブランク材９の曲率半径r₀=25mm以上では、r=300mmとr=500mmの中間に曲率半径の上限値があり、ブランク材９の曲率半径r₀=25mmの約15倍となる。

これより、ドロー成形においても板押え４７の端部を円弧状曲面とし、その曲率半径をピン角端部の板押え４８を用いた場合にブランク材９に生じる曲率半径以上とすることにより、成形過程における折れ曲がりを抑制することが可能であることが示された。

また、本発明の他の実施形態に係るドロー成形方法を実施する際において、ブランク材９の板厚および材料ｎ値を用いて式（２）により曲率半径r_0,calを推算し、この値を基準として該板押え端部の円弧状曲面の曲率半径の好適範囲を求め、この好適範囲に含まれる曲率半径の円弧状曲面端部を有する板押え４７を用いてドロー成形を行うことにより、ブランク材の折れ曲がりが抑制されたプレス成形品を成形することが可能となる。

なお、図２０は円弧状曲面の板押え端部の曲率半径rと相当塑性ひずみ最大値の関係における成形モードの違いを比較したグラフである。いずれの成形モードにおいても、円弧状曲面形状の板押え端部を有する板押え１７、２７又は４７を用いることにより、成形過程において該板押え端部付近のブランク材９に発生する相当塑性ひずみ量を減少させることが可能であること、さらに、該板押え端部付近に生じる相当塑性ひずみ量を減少させるのに好適な曲率半径の範囲が存在することが分かる。

本発明に係るプレス成形品の製造方法の効果を確認する実験及びコンピュータ解析を行ったので、以下これについて説明する。

板厚1.4mm、引張強度1180MPaの高張力鋼板をドロー成形して、図１４に示すＬ字型の成形品３１を作製した。ドロー成形方法は、ブランク材９をブランクホルダー５１により上金型となるダイ４３に固定するとともに、成形品３１の天板部に相当するブランク材９の部位の一部をガスシリンダー４９を用いて板押え４８又は４７により押圧する工程と、パンチ４５の上方からダイ４３を下動させることにより縦壁部を形成する縦壁成形工程を備えている（図１５参照）。板押え工程においては板押え端部がピン角又は円弧状曲面の板押え４８又は４７を用い、ドロー成形して得られた成形品３１の形状を比較検討した。

実験及びコンピュータ解析で用いた板押え４７には、図１７に示す形状のものを使用した。板押え端部を円弧状曲面とした場合（図１７（ｂ））、その曲率半径は前記実施の形態３で示した曲率半径の好適範囲内（r₀=25mm＜r≦15*25=375mm）にあるr=80mmとした。ドロー成形条件として、板押え４８又は４７によるブランク材９の板押え荷重は14kNとした。コンピュータ解析は前記実施の形態と同様、有限要素法を用いたコンピュータ解析により行った。解析プログラムとしてはＬＳＴＣ社製のＬＳ−ＤＹＮＡバージョン９７１の動的陽解法ソルバーを用いた。

図２１及び図２２は板押え端部形状がピン角又は円弧状曲面の板押え４８又は４７を用いた場合のドロー成形解析を行って得られた成形品３１の形状である。ピン角端部の板押え４８を用いた場合（図２１）は、図中Ｄに示す成形品３１の天板部に折れ曲がりが見られるのに対し、円弧状曲面の板押え４７を用いた場合（図２２）は、成形品３１の天板部に折れ曲がりが見られず、該成形品の形状が良好であることを示している。

図２３及び図２４は板押え端部形状がピン角又は円弧状曲面の板押え４８又は４７を用いた場合のドロー成形実験を行って得られた成形品３１の写真である。ピン角端部の板押え４８を用いた場合、図２３に示すＥの箇所において、解析結果と同様に成形品３１の天板部の板押え４８の端部付近に折れ曲がりが発生していることが確認できる。一方、円弧状曲面端部の板押え４７を用いた場合（図２４）、図中Ｆに示す箇所の天板部に凹状の変形が見られるものの、折れ曲がりとはならず変形が緩和されていることが分かる。

以上より、板押え４７の板押え端部を円弧状曲面とし、その曲率半径を適切に選択することによって、プレス成形品３１の天板部に発生する折れ曲がり変形を抑制できることが実証された。

１ 成形品
３ 凹状外周縁部
５ 天板部
７ 縦壁部
７ａ 屈曲部
９ ブランク材
１１ 金型
１３ ダイ
１５ パンチ
１７ 板押え
１８ 板押え（端部形状がピン角）
２１ 金型
２２ 成形品
２３ ダイ
２４ 凸状外周縁部
２５ パンチ
２６ 天板部
２７ 板押え
２８ 縦壁部
２８ａ 屈曲部
３１ 成形品
４１ 金型
４３ ダイ
４５ パンチ
４７ 板押え
４８ 板押え（端部形状がピン角）
４９ ガスシリンダー
５１ ブランクホルダー
７１ 金型
７３ ダイ
７５ パンチ
７７ 板押え

Claims (10)

1. 天板部と、該天板部における外周縁部に沿って成形された縦壁部とを有する成形品をプレス成形するプレス成形方法であって、
   ブランク材における前記天板部に相当する部位の一部を板押えによって押える板押え工程と、前記縦壁部を成形する縦壁成形工程を備えており、
   前記板押え工程は、前記天板部の前記外周縁部のＲ止まりから所定の距離を離して板押えを行い、かつ前記板押えの先端部が、水平面の先端から延び出す延出部を有し、該延出部の全部が、下式で示される前記水平面の先端からの垂線上に中心を持ち前記水平面に内接して形成される曲率半径rの仮想の円弧状曲面の内側にあり、かつ前記延出部の一部又は全部が前記円弧状曲面に内接する部位を有する形状であることを特徴とするプレス成形方法。
   r₀＜r≦15*r₀
   r₀：ピン角の板押えを用いて天板部を押えることにより発生するブランク材の円弧状曲面の曲率半径
2. 前記延出部の形状が、円弧状曲面であることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
3. 前記延出部の形状が、曲率の異なる曲面の組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
4. 前記延出部の形状が、傾斜の異なる平面の組み合わせで構成され、平面同士の境界の一部又は全部が前記仮想の円弧状曲面に内接することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
5. 前記延出部の形状が、段形状であり、段の一部又は全部の角が前記仮想の円弧状曲面に内接することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形方法。
6. 天板部と、該天板部における外周縁部に沿って成形された縦壁部とを有する成形品をプレス成形する際に用いるプレス成形用金型であって、
   該プレス成形用金型はブランク材における天板部に相当する部位の一部を押える板押えを備えており、
   該板押えはその先端部が、水平面の先端から延び出す延出部を有し、該延出部の全部が下式でしめされる前記水平面の先端からの垂線上に中心を持ち前記水平面に内接して形成される曲率半径rの仮想の円弧状曲面の内側にあり、かつ前記延出部の一部又は全部が前記円弧状曲面に内接する部位を有する形状であることを特徴とするプレス成形用金型。
   r₀＜r≦15*r₀
   r₀：ピン角の板押えを用いて天板部を押えることにより発生するブランク材の円弧状曲面の曲率半径
7. 前記延出部の形状が、円弧状曲面であることを特徴とする請求項６に記載のプレス成形用金型。
8. 前記延出部の形状が、曲率の異なる曲面の組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項６に記載のプレス成形用金型。
9. 前記延出部の形状が、傾斜の異なる平面の組み合わせで構成され、平面同士の境界の一部又は全部が前記仮想の円弧状曲面に内接することを特徴とする請求項６に記載のプレス成形用金型。
10. 前記延出部の形状が段形状であり、段の一部又は全部の角が前記仮想の円弧状曲面に内接することを特徴とする請求項６に記載のプレス成形用金型。